開(kāi)發(fā)支持符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的軟件組件的建模特定領(lǐng)域的語(yǔ)言。支持建模軟件組件的應(yīng)用是基于TextX python模塊和內(nèi)部開(kāi)發(fā)的建模框架。通過(guò)應(yīng)用程序建模帶來(lái)了更安全和更快的方式來(lái)應(yīng)對(duì)各種模型的變化。在這篇論文中，我們展示了應(yīng)用程序工作的基本算法、應(yīng)用程序的部分功能和使用特定領(lǐng)域語(yǔ)言的例子，其結(jié)果顯示了模型的一些變化。

I.簡(jiǎn)介

在現(xiàn)代汽車行業(yè)中，軟件和電子控制單元正變得越來(lái)越多。如果我們觀察一下現(xiàn)代新車，我們會(huì)注意到大量的電子控制單元(ECUs)，它們基本上是車輛的思想，完成所有的邏輯和驅(qū)動(dòng)工作。汽車行業(yè)的目標(biāo)是提高司機(jī)、乘客和其他交通參與者的整體安全，這正是軟件進(jìn)入汽車行業(yè)的原因和方式。由于車輛中有大量的ECU，有非常復(fù)雜的系統(tǒng)，隨著新的安全功能和技術(shù)的實(shí)施，這些系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。

現(xiàn)代汽車甚至可以包含超過(guò)100個(gè)ECU，其中每個(gè)ECU都負(fù)責(zé)和執(zhí)行特定的任務(wù)。每項(xiàng)任務(wù)都必須在準(zhǔn)確規(guī)定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行。也就是說(shuō)，任何應(yīng)用于硬件層面的變化都會(huì)影響到軟件，需要對(duì)軟件進(jìn)行額外的修改和校準(zhǔn)，以使其按預(yù)期工作。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的汽車公司已經(jīng)建立了合作關(guān)系，他們將使硬件開(kāi)發(fā)和軟件開(kāi)發(fā)相互獨(dú)立。

II.AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)

AUTOSAR（汽車開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)）是一個(gè)由汽車制造商、供應(yīng)商、服務(wù)提供商和來(lái)自汽車E/E、軟件行業(yè)的公司組成的全球開(kāi)發(fā)合作伙伴關(guān)系。它成立于2003年。一個(gè)目標(biāo)是使硬件開(kāi)發(fā)獨(dú)立于軟件。 AUTOSAR架構(gòu)由4層組成，如圖1所示。這4個(gè)層是：應(yīng)用層、運(yùn)行時(shí)間環(huán)境（RTE）層、基本軟件層（BSW），最下面是硬件（微控制器）層。



圖1 AUTOSAR分層結(jié)構(gòu)

A.應(yīng)用層

應(yīng)用層是架構(gòu)中最頂端的部分，由特定數(shù)量的軟件組件組成，每個(gè)組件執(zhí)行規(guī)定的任務(wù)。

1) 軟件組件

軟件組件代表了有明確任務(wù)的應(yīng)用程序。組件的類型可以根據(jù)其目的而變化，例如，它可以是應(yīng)用程序、傳感器、執(zhí)行器、輸入/輸出組件和更多。兩個(gè)或多個(gè)組件之間可以通過(guò)連接的端口進(jìn)行通信（只有連接的端口可以交換數(shù)據(jù)）。 有兩種類型的端口可用，發(fā)送者/接收者（S/R）通信或客戶端/服務(wù)器（C/S）通信。

S/R通信主要用于定期傳輸數(shù)據(jù)，C/S通信僅用于按要求提供數(shù)據(jù)或操作。軟件組件可以有1個(gè)或多個(gè)S/R或C/S類型的端口，這就是組件之間相互通信的方式。 除了端口，每個(gè)軟件組件還有一個(gè)主要部分，那就是它的可運(yùn)行性。Runnable代表軟件組件的實(shí)現(xiàn)，它們可以被多種類型的觸發(fā)器所觸發(fā)。觸發(fā)器可以是初始化觸發(fā)器（啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行）、周期性觸發(fā)器（在定義的時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行）、客戶端請(qǐng)求（請(qǐng)求操作）等等。

B.運(yùn)行時(shí)間環(huán)境 (RTE)

RTE實(shí)現(xiàn)了虛擬功能總線，有助于ECU內(nèi)的SWC和ECU外的SWC的連接。它使用端口和接口實(shí)現(xiàn)通信路徑，用于連接軟件組件和下層的基本軟件（BSW）模塊。

C.基礎(chǔ)軟件 (BSW)

基礎(chǔ)軟件（BSW）是標(biāo)準(zhǔn)化的軟件模塊，提供運(yùn)行上層軟件的功能部分所需的各種服務(wù)。

III.建模中的應(yīng)用

AUTOSAR模型描述的是將被集成到汽車ECU中的軟件。有了模型，軟件的配置就有了很多可能性，也就是說(shuō)，通過(guò)模型我們可以定義將被使用和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型、組件的端口數(shù)量、組件的執(zhí)行時(shí)間等。為了改變模型（改變一些配置），必須要有專門(mén)的軟件和使用許可才能做到這一點(diǎn)。使用特定領(lǐng)域語(yǔ)言（DSL）進(jìn)行建模的應(yīng)用程序可以大大簡(jiǎn)化和加快建模階段。

使用應(yīng)用程序進(jìn)行建模，歸根結(jié)底就是把模型中需要的變化寫(xiě)到一個(gè)文件中，然后執(zhí)行該應(yīng)用程序。 使用這種應(yīng)用程序進(jìn)行建模的優(yōu)勢(shì)很多。最重要的優(yōu)勢(shì)之一是，如果存在人為錯(cuò)誤，應(yīng)用程序?qū)⒉辉试S對(duì)模型進(jìn)行修改。除此以外，應(yīng)用變化所需的時(shí)間應(yīng)更短，所使用的語(yǔ)言應(yīng)簡(jiǎn)化并對(duì)用戶友好（易于閱讀和理解），等等。

為了開(kāi)發(fā)這種建模應(yīng)用程序，使用了名為T(mén)extX的python模塊來(lái)創(chuàng)建特定領(lǐng)域的語(yǔ)言，并在模型中使用內(nèi)部開(kāi)發(fā)的建模框架來(lái)操作AUTOSAR對(duì)象。

A.TextX 模塊

TextX 模塊是一個(gè)用于創(chuàng)建domaing specific語(yǔ)言（DSL）的工具。創(chuàng)建的DSL將被用于編寫(xiě)模型中想要的變化。在這個(gè)模塊的幫助下，我們定義了DSL的語(yǔ)法，這意味著每一個(gè)動(dòng)作（模型中的變化）都必須以特定的方式編寫(xiě)，以使變化成功應(yīng)用于模型。

B.建模框架

建模框架是開(kāi)發(fā)的工具，能夠更容易地操縱模型內(nèi)的對(duì)象。該工具遵循AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，模型中的每個(gè)字段/屬性都被視為應(yīng)用程序中的一個(gè)對(duì)象。

IV.使用建模應(yīng)用程序

上述TextX模塊與建模框架相結(jié)合，提供了對(duì)各種模型進(jìn)行修改的可能性。圖片2顯示了應(yīng)用程序的工作情況。有三個(gè)輸入文件，語(yǔ)法定義變化應(yīng)該如何寫(xiě)才能成功應(yīng)用，文件包含對(duì)模型的實(shí)際需要的變化和模型本身。 作為應(yīng)用程序的輸出，對(duì)已經(jīng)修改過(guò)的模型，只有在符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則的情況下，才會(huì)對(duì)其進(jìn)行需要的修改。




圖2 應(yīng)用程序的工作原理 在圖片3中，顯示了應(yīng)用程序的工作原理（核心算法）。





圖3 執(zhí)行建模應(yīng)用程序的工作流程

在建模應(yīng)用程序的開(kāi)始階段，所有的輸入都被加載（語(yǔ)法、包含變化和模型的文件）。 在語(yǔ)法檢查中，它被分析為書(shū)面變化是否符合定義的語(yǔ)法。如果在這里出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這意味著該變化不被支持或書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤，在這種情況下，不應(yīng)采取進(jìn)一步行動(dòng)。

語(yǔ)法檢查成功后，在建模框架的協(xié)助下，模型被加載為輸入。模型的所有屬性和配置都被作為對(duì)象加載到應(yīng)用程序中，一旦完成，加載的模型就可以用輸入文件中描述的變化進(jìn)行修改。 如果改變需要修改模型中已經(jīng)存在的部分（例如，想改變現(xiàn)有端口的名稱），首先將在建模框架的幫助下找到代表該確切部分的對(duì)象。之后，當(dāng)它被找到時(shí)，基本上變化將作為修改對(duì)象的一個(gè)屬性來(lái)執(zhí)行。

在其他情況下，如果需要?jiǎng)?chuàng)建新的東西，將有必要定義創(chuàng)建這種對(duì)象所需的強(qiáng)制性信息（例如，如果創(chuàng)建新的組件，需要的信息是名稱，它應(yīng)該有哪些端口和可運(yùn)行性）。在提供這些信息后，建模框架將創(chuàng)建對(duì)象并將其添加到模型中。 完成對(duì)象操作（創(chuàng)建新對(duì)象或修改現(xiàn)有對(duì)象）后，有必要根據(jù)AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)和約束條件進(jìn)行檢查。

這樣做的目的是為了消除人為錯(cuò)誤因素，并保證應(yīng)用于模型的變化是有效的。如果有任何形式的違反，更改將不會(huì)被應(yīng)用到模型上。

在應(yīng)用結(jié)束時(shí)，只有當(dāng)所有條件都得到滿足時(shí)，模型才會(huì)完成修改。

V.建模應(yīng)用實(shí)例

出于測(cè)試目的，一些AUTOSAR模型被作為輸入，并將對(duì)其進(jìn)行某些修改。我們將定義如下變化，在現(xiàn)有的兩個(gè)組件（CtApTest1_SH00和CtCdMiddlewareQM_SH00）上，將增加兩個(gè)新的端口，由兩個(gè)數(shù)據(jù)元素組成。創(chuàng)建端口后，它們將被連接起來(lái)，以便在新創(chuàng)建的端口之間實(shí)現(xiàn)通信。 圖4它展示了如何編寫(xiě)更改以完成上面描述的所需更改。

圖4 按照定義的語(yǔ)法，將在模型中應(yīng)用的變化實(shí)例

根據(jù)寫(xiě)入修改的輸入文件，可以看到名稱為PpTestInterface的端口被添加到兩個(gè)不同的組件CtApTest1_SH00和CtCdMiddlewareQM_SH00。端口內(nèi)的數(shù)據(jù)元素?cái)?shù)量或?qū)⑻砑拥亩丝跀?shù)量沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，只要符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，由用戶決定。

在執(zhí)行建模應(yīng)用程序后，將看到書(shū)面修改應(yīng)用在輸入模型上。

在圖片5和圖片6中，顯示了建模應(yīng)用的結(jié)果。正如在圖片5中所看到的，在arxml文件中，想要添加的端口很容易被添加到組件CtApTest1_SH00中，使用建模應(yīng)用程序，它包含為該端口定義的所有數(shù)據(jù)元素。

在CtApTest1_SH00組件上，我們定義了端口為生產(chǎn)者（圖像中的P-端口），意味著數(shù)據(jù)將從這里被進(jìn)一步發(fā)送，而在另一個(gè)組件CtCdMiddleware_SH00上，我們創(chuàng)建了相反的接收器（R-端口），它將接收從生產(chǎn)者發(fā)送的任何數(shù)據(jù)，使這些端口兼容連接。



圖5 組件上創(chuàng)建的端口

圖片6顯示了新創(chuàng)建的端口之間的連接器。基本上這種連接為它們提供了通信和交換數(shù)據(jù)的能力。

圖6 新建端口之間的連接

VI.總結(jié)

建模本身越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái)越耗時(shí)。此外，為了對(duì)模型進(jìn)行任何改變，必須要有使用軟件的許可證和知識(shí)。這個(gè)建模應(yīng)用程序的主要目標(biāo)是完成簡(jiǎn)單和快速的建模，在對(duì)模型進(jìn)行修改時(shí)犯錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)很低。 建模應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在簡(jiǎn)單、快速和可靠的模型更改上。在一個(gè)文件中編寫(xiě)簡(jiǎn)單的、人類可讀的變化，應(yīng)足以執(zhí)行一些復(fù)雜的模型更新。

進(jìn)一步改進(jìn)建模應(yīng)用程序的下一步可能是可視化地展示書(shū)面更改。一旦編寫(xiě)了更改，終端用戶將更容易直觀地看到和理解將要進(jìn)行的更改。這可以通過(guò)使用對(duì)象圖或組件圖來(lái)實(shí)現(xiàn)。

審核編輯：劉清